همزیستی قارچ-گیاه یكی از مهم ترین روابط متقابل مفید در اكوسیستم های زیستی است كه اثرات مثبت آن بر رشد، فیزیولوژی و اكولوژی گیاهان مختلف در گذشته اثبات شده است. قارچ های میكوریزا قادر به برقراری همزیستی مسالمت آمیزی با ریشه اغلب گیاهان خشكی زی هستند (جهرمی و همکاران، 2008).

قارچهای میکوریزا گونه هایی از قارچ هستند که با ریشه گیاهان ارتباط همزیستی نزدیک تشکیل می دهند و از گیاه کربوهیدرات دریافت نموده و عناصر غذایی مانند فسفر را برای گیاه فراهم کرده، همچنین این قارچها میتوانند جذب، جمع آوری و انتقال مقدار زیادی از عناصر را توسط هیف های نازک خود فراهم ساخته و این مواد دریافت شده را برای سلول های گیاه در ریشه آزاد کنند (مورتون و ردیکل، 2001). کود زیستی میکوریزا برای تولید محصولات اقتصادی از قبیل درختان میوه مانند دوریان، لونگان، گوجه درختی، منگوستن، خربزه درختی استفاده شده است. در حال حاضر کود زیستی برای سبزیجات هم استفاده میشود (سایتو و ماروموتو، 2002). اثرات مثبت تلقیح میکوریزایی روی وضعیت کربوهیدرات های گیاهانی از قبیل مرکبات ( نمیک و گوی، 1982)، انگور (شیوچین و همکاران، 1988) و آوکادو ( دا سیلویرا و همکاران، 2002) گزارش شده است. بررسی های انجام شده نشان میدهد قارچ میکوریزا آربسکولار میتواند رشد و قدرت زنده ماندن گیاه تحت تنش شوری را افزایش دهد (پوند و همکاران، 1984)، که این امر به جذب بیشتر عناصر غذایی، به خصوص فسفر نسبت داده شده است (هیرل و گردمن، 1980). علاوه بر سیستم های حفاظتی ذاتی گیاهان در برابر تنش های محیطی، گیاهان با گروهی از قارچ های میکوریزا به صورت همزیست زندگی می كنند كه این همزیستی تا حدودی سبب كاهش برخی اثرات نامناسب تنشهای محیطی میشود (جهرمی و همکاران، 2008). گزارشات متعددی در زمینه اثرات مثبت همزیستی میکوریزایی و ریشه گیاهان در کشاورزی وجود دارد. در زمینه جذب آب توسط ریشه گیاهان گزارش گردیده است هدایت هیدرولیکی سیستم ریشه‌های گیاهان دارای همزیستی میکوریزایی بیشتر از گیاهان غیرمیکوریزایی است که دلیل آن افزایش سطح موثر ریشه و یا کل طول ریشه‌ میکوریزایی می‌باشد. همچنین هدایت هیدرولیکی آب در واحد طول ریشه میکوریزایی می‌تواند 2 تا 3 برابر افزایش یابد (تروزا لایانچان ، 2003). قارچ های وزیکولار- آربسکولار بزرگترین گروه قارچهای میکوریزا هستند که به سلول‌های ناحیه پوست ریشه نفوذ کرده و ساختمان هایی به نام وزیکول و آربسکول تشکیل می دهند که آربسکول در پوست سطح تبادل ترکیبات متابولیکی را بین میزبان و قارچ افزایش می دهد. واژه میکوریزا به معنی قارچ ریشه به طور کلی به همزیستی بین ریشه گیاهان و اندام‌های قارچی اطلاق می‌شود که در این همزیستی قارچ‌ها با افزایش سطح جذب ریشه، آب و عناصر غذایی به ویژه فسفر و نیتروژن را از خاک جذب نموده و در اختیار گیاه قرار می‌دهد و گیاه نیز کربوهیدراتهای مورد نیاز قارچ را در اختیار قارچ قرار می‌دهد (اسجوبرگ، 2005). بنابراین در رابطه همزیستی بین قارچ میکوریز آربسکولار و ریشه‌های گیاه میزبان رشد و جذب عناصر غذایی گیاه به میزان قابل توجهی افزایش می یابد (اوگی و همکاران، 2001). گزارش گردیده است در شرایط تنش شوری، گیاهان پسته تیمار شده با میكوریزا در مقایسه با گیاهان غیرمیكوریزا، رشد بیشتر، فعالیت آنزیم های آنتی اكسیدانتی قوی تر و مقدار فلاونوئید و رنگیزه كلروفیل بیشتری داشتند. پیشنهاد گردیده است قارچ میكوریزا آربوسكولار به لحاظ بهبود سیستم دفاعی آنتی اكسیدانتی و افزایش رنگیزه های گیاهی در برگ ها، خطرات ناشی از تنش شوری بر رشد گیاه پسته را تعدیل می نماید. قارچ های میکوریزا بر روابط رطوبتی گیاه نیز تأثیر می گذارند، بدین صورت كه این قارچها با تأثیر بر میزان آب بافتهای گیاهی و تبادلات گازی برگها، سبب افزایش میزان آب موجود در بافتهای گیاهی می شوند و از سوی دیگر تبخیر و تعرق را نیز کاهش می دهند (اوگی و همکاران، 2001).

در دهه های اخیر تحولات زیادی در توسعه و کشت بادام Prunus dulcis صورت گرفته است. در این زمینه کشورهای حوزۀ مدیترانه (شامل اسپانیا، ایتالیا، فرانسه، یونان و کشورهای شمال آفریقا) به منظور دستیابی به ارقام پرمحصول و مرغوب در اصلاح ژنتیکی این گونه کارهای مهمی انجام داده اند و برخی از کشورها با به کارگیری روش های پیشرفته تولید سطح زیر کشت بادام را افزایش دادهاند (چایچی، 1381). از آنجا كه در ایران سطح وسیعی از خاك های تحت كشت بادام در اراضی آهكی قرار دارند، یکی از تنش هایی که گیاه بادام با آن مواجه است، اختلال در جذب عناصر غذایی بخصوص عناصر کم مصرف میباشد و موضوع افزایش کارایی گیاه بادام در جذب عناصر غذایی در این خاک‌های آهکی مورد توجه می باشد. بهره گیری از سیستم همزیستی میكوریزایی در باغات بادام، می تواند به عنوان یک راه كار بیولوژیک مناسب در مقیاس كوچك و حتی وسیع در جهت كاهش آثار نامطلوب تنش تغذیهای مطرح باشد. تنش شوری رشد رویشی و زایشی درختان میوه از طریق تاثیر بر اعمال فیزیولوژیکی محدود کرده و سبب گسترش اثرات مضر مستقیم و غیر مستقیم می شود (شانون و همکاران، 1994). نگاهی به شرایط بوم شناختی مناطق تولید بادام و تطبیق آن با پراکنش خاک های مناطق نیمه خشک و شور، این واقعیت را آشکار می کند که تولید جهانی محصول بادام اغلب با تنش های خشکی و شوری مواجه است (فائو، 2008). هم چنین با توجه به اینکه از نظر مقاومت به شوری آب و خاک، بادام جزء درختان حساس به شوری است، شوری یک مشکل شایع در خاک‌های مناطق خشک و نیمه خشک ایران می باشد. گزارش گردیده است حدود 50-20% از کل آب آبیاری زمین‌های کشاورزی در جهان تحت تاثیر تنش شوری قرار دارند. در نتیجه از لحاظ اقتصادی خسارت تنش شوری قابل توجه است (فلوورز، 1999). نقش قارچهای میكوریزا گونه

 های Glomus mosseae و Glomus intraradices در بهبود برخی صفات فیزیولوژیک همچون سرعت فتوسنتز خالص، غلظت کلروفیل برگها و بازده آب مصرفی، در پایه های بادام در ایران مورد مطالعه قرار گرفته و مشخص گردید شاخصهای فیزیولوژیكی گیاه بادام شامل غلظت كلروفیل كل برگ، سرعت فتوسنتز خالص و بازده آب مصرفی در گیاهان هم زیست با قارچ های میكوریزا نسبت به گیاهان شاهد (فاقد همزیستی میكوریزا) افزایش پیدا کردند، ولی سرعت تبخیر و تعرق از سطح برگ گیاه كاهش یافت (آقابابائی و رئیسی 1388). هم چنین گزارش گردیده همزیستی یک گیاه با قارچ های میکوریزا آربسکولار باعث می شود که گیاه بتواند مواد غذایی کم تحرک را در خاکهای فقیر جذب کند (مارسشنر و دل، 1994). این قارچها جزء مهمی از اکوسیستم های طبیعی هستند و در محیطهای شور هم شناسایی شدهاند که میتوانند باعث ایجاد مقاومت گیاهان به تنش شوری شوند (جونیپر و ابوت، 1993). مطالعات زیادی ثابت کرده است که آغشتگی ریشه با قارچهای میکوریزا، رشد بعضی گیاهان تحت تنش شوری را بهبود می بخشد (هیرل و گردمن،1980). در یک مطالعه که به منظور بررسی برهمکنش اثر میکوریزا و شوری ناشی از کلرید سدیم در گیاهان بادام زمینی انجام شد، مشخص گردید که رشد این گیاهان در نتیجهی افزایش در جذب مواد غذایی و فتوسنتز افزایش یافت (الخلیل، 2010). میکوریزا یک بهبود دهنده ی زنده رشد در خاک های شور معرفی گردیده است (سینگ و همکاران، 1997). گزارش گردیده است تلقیح قارچ G. fasciculatum (Thaxter) در دانهالهای زردآلو سبب افزایش رشد رویشی و کلون ریشه شده است (دوتا، 2013).

با توجه به وجود خاکهای آهکی در بخش های وسیعی از ایران و اثر نامناسب تنش شوری بر رشد درختان میوه از جمله درختان میوه معتدله مانند بادام در ایران، هدف از این پژوهش بررسی اثر تلقیح میکوریزا بر بهبود رشد دانهال های بادام و زردآلو و هم چنین رشد دانهال های بادام و زردآلو در شرایط تنش شوری در حضور قارچ میکوریزا می باشد.

اهداف پژوهشی حاضر شامل موارد زیر می باشد:

1- بررسی اثر همزیستی میکوریزا بر رشد رویشی، تجمع عناصر غذایی و برخی شاخص های بیوشیمیایی در پایه های زردآلو و بادام

2- مقایسه اثر تنش شوری ناشی از کلرید سدیم بر رشد رویشی و برخی شاخص های بیوشیمیایی پایه های زردآلو و یا بادام

3- بررسی امکان استفاده از همزیستی میکوریزایی برای بهبود رشد پایه های بادام و زردآلو در شرایط تنش شوری ناشی از کلرید سدیم

مروری بر پژوهشها

1-2- تاریخچه و پراکنش بادام

بادام ((Prunus dulcis Miller یکی از قدیمی ترین درختان خشک میوه است که در حال حاضر بیشترین تولید تجاری در میان خشک میوه ها را به خود اختصاص داده است (گرادزیل، 1379). مغز بادام در انواع غذاهای فرایند شده به ویژه در فرآوردههای نانوایی و شیرینی سازی استفاده می شود و به خاطر ویژگیهای غذایی، آرایشی و دارویی، ارزش بسیار بالایی دارد (چریف و همکاران، 2004). اثرتغذیه ای مفید مغز بادام به خاطر تنوع اسیدهای چرب و ترکیب استرولی و آنتی اکسیدانی آن است (لوپز اورتیز و همکاران، 2008). بادام از زمانهای قدیم در نواحی مرکزی و غربی آسیا مخصوصا افغانستان، ایران، سوریه و فلسطین پرورش می یافته است. در فلات ایران نوزده گونه وحشی بادام رویش می یابد. به عقیده اکثر گیاهشناسان، بادام بومی آسیای غربی و به خصوص فلات ایران است (شیراوند، 1389). از نظر باغبانی میوه بادام به عنوان خشک میوه طبقه بندی شده و بذر آن محصول تجاری محسوب می شود. مغز شامل یک جنین، آندوسپرم و بافت مغز است (بی نام، 1387).

2-2- سطح زیر کشت و عملکرد بادام در ایران و جهان

طبق آمار سازمان خوار و بار و کشاورزی جهان (FAO) در سال 2011 میلادی، سطح زیر کشت بادام در جهان 1651560هکتار با میزان تولید 1942242 تن و متوسط عملکرد11760 کیلوگرم در هکتار برآورد شده است. کشور ایران با سطح زیرکشت 87708 هکتار و تولید 177609 تن دارای مقام چهارم در میان تولیدکنندگان بادام در جهان می باشد. از بین استان های کشور نیز به ترتیب خراسان رضوی، فارس و آذربایجان شرقی از لحاظ سطح زیر کشت و فارس، آذربایجان شرقی و خراسان از لحاظ تولید، بیشترین سهم را در تولید بادام دارا می باشند (گنجی و رهنمون، 1389).

1. Organic agriculture
2. Nitragin
3. 3. Rhizobium- Azotobacter- Azospirillium
4. 4. Actinomyces (Frankya)
5. Morton and Redecker
6. durian
7. longan
8. mangosteen
9. Saito and Marumoto
10. Nemec and Guy
11. Shiuchien et al.
12. da Silveira et al.
13. Pond et al.
14. Hirrel and Gerdeman
15. Troehza Loyanchan
16. Vesicular – Arbuscular
17. Sjoberg

 

 

1. Auge et al.
2. Shannon et al.
3. FAO
4. Flowers

1. Marschner and Dell
2. Juniper and Abbot
3. Hirrel and Gerdeman
4. Al-Khaliel

1-1 مقدمه

صخره های مرجانی زیستگاهی غنی و بزرگ، برای تنوع عظیمی از آبزیان و به خصوص ماهیان است. بسیاری از این ماهیان که مختص این مناطق اند، برای ادامه حیات خود کاملا وابسته به پوشش های مرجانی هستند. بسیاری از اکولوژیست ها، در سراسر دنیا در خصوص این که پوشش های مرجانی به علت گرم شدن جهانی هوا[1]، سفید شدن مرجان ها، صید بیش از حد ماهیان، آلودگی های ناشی از سواحل و غیره، به سرعت رو به کاهش است هشدار داده اند. هنوز به خوبی نمی توان تخمین زد، با وجود این استرس ها که طی دوره های طولانی مدت، به پوشش های مرجانی وارد و باعث کاهش آن شده تا چه میزان بر جمعیت ماهیان منطقه اثر می گذارد (Jones et al., 2004). از این رو باید اقدام به درک بهتر ویژگی های زیستی این مناطق حساس، برای پیش بینی هر چه بهتر آینده این اکوسیستم ها شود، که نخستین گام، رده بندی و شناسایی ماهیان و لاروهای این مناطق است.

1-2 ایکتیوپلانکتون

به اولین مراحل زندگی ماهیان، که شامل تخم و لارو ماهی است، ایکتیوپلانکتون می گویند که جانور معمولاً در این دوره زندگی به صورت پلاژیک زندگی می کند و در دریا شناور بوده و توسط جریانات آبی جا بجا می شوند و رابطه متقابلی با شکارچیان پلاژیک و طعمه های پلانکتونی دارند.

لارو ماهی (ایکتیوپلانکتون) بیانگر مرحله ای نیمه پلانکتونی در سیکل زندگی ماهیان است که این اجتماع پلانکتونی، عمدتاً در عمقی کمتر از 200 متر در ستون آب زندگی می کنند (El-Regal et al., 2008). در سال های اخیر استفاده از تخم و لارو ماهیان، در مطالعات علم های سیستماتیک و اکولوژی، افزایش یافته و بسیار واضح است که تخم ها و لارو ماهیان دارای ویژگی های بسیار متنوع و با ارزش، برای آنالیز های مورد استفاده در رده بندی ماهیان هستند، که این صفات تقریبا در راستای صفات مرحله بالغ این ماهیان می باشد (Kendall & Matarese, 1994). از مطالعه بر روی ایکتیوپلانکتون ها، می‌توان برای تشخیص مکان جغرافیایی تجمع آینده ماهیان و در نتیجه ارزیابی ذخایر ماهیان، استفاده کرد (Leis, 1986 ; Leis & McCormick, 2002) . محققان معتقدند كه زیستگاه عمده، برای بسیاری از ماهیان دریایی، آب‌های ساحلی كم عمق می باشد. که این ماهیان در فصول رشد، نقش مهمی به عنوان شكار و شكارچی در مناطق جزر و مدی دارند. با وجود اهمیت این مطلب، جنبه های زیست‌شناختی آن‌ ها هنوز به خوبی مطالعه نشده است. به گونه های غیر تجاری و همچنین مراحل لاروی و جوانی ماهیان كه به نوعی غیر تجاری محسوب می شوند، توجه كمتری شده است. بنابراین درك كامل از زیست شناسی آن‌ ها برای حمایت و مدیریت جوامع ساحلی ماهیان ضروری است .(Nasir, 2001)

1-3 اهمیت و ارزش تحقیق

اولین مرحله رشد ماهیان (تخم و لارو) به شدت در برابر تغییرات شرایط محیطی آسیب‌پذیراست و مرحله ای بحرانی[3] است (Houde, 2001). بنابراین مطالعه کامل و جزء به جزء بر روی جمعیت ایکتیوپلانکتون ها نه تنها برای تخمین میزان تولید مثل موفق اجتماع ماهیان و پیش ‌بینی میزان ذخایر آینده گونه های مهم تجاری به ما کمک می کند، بلکه به ما در مورد میزان اثرات برخورد انسان با محیط دریا و همچنین تغییرات اقلیمی آب و هوا بر روی اکوسیستم دریایی آگاهی می دهد(Chesalina et al., 2013) .

با بررسی ایکتیوپلانکتون ها می توان میزان تخم در هر تخم‌ریزی، مکان تخم‌ریزی و همچنین فصل تخم‌ریزی را در ماهیان تجاری تخمین زد. لارو ماهیان نمونه های پلانکتونی هستند که ارزش آن‌ ها در تحقیقات شیلاتی، اقیانوس شناسی و سیستماتیک روزافزون است.(Moser et al., 1984 ; Rothschild, 1986) اجتماع ایکتیوپلانکتون ها در سواحل مناطق گرمسیری ویا نیمه گرمسیری حاصل فعالیت تخم‌ریزی ماهیان صخره های مرجانی و یا آزاد ماهیان است .(Ahlstrom, 1971-1972; Leis & Goldman, 1987)

در اوایل قرن 20، دانشمندان تشخیص دادند که چرخه های اقیانوسی، سیستم های حرکتی آب و آشفتگی ها ممکن است، فاکتورهای فیزیکی باشند که جمعیت لاروها را کنترل می کند. علاوه بر این فاکتور های بیولوژیکی مانند تغذیه و شکارچیان نیز در این کنترل دخیل اند. پس فاکتور های بیولوژیکی و فیزیکی با هم میزان موفقیت تولید مثلی ماهیان را تعیین می کنند که این پروسه توسط محققان شیلاتی، بازگشت پذیری شیلاتی[4] خوانده می شود. بازگشت پذیری شیلاتی، مراحل لاروی را محدود نمی کند اما بر روی اولین مرحله (تخم) و مرحله آخر (جوانی[5]) اثر می گذارد، و می تواند موفقیت در افزایش جمعیت ماهیان را به صورت سالیانه یا فصلی نشان دهد (Houde, 2001).

مسائل و مشکلات جزئی مربوط به کار بر روی لارو ها را می‌توان به طور خلاصه در رده‌بندی و نمونه‌برداری از آن‌ ها بیان کرد. مشکلات اساسی در شناسایی مراحل زندگی پلاژیک (ایکتیو پلانکتون ها) ماهیان صخره های مرجانی به طور کلی مربوط به مورفولوژی متفاوت لارو ماهیان نسبت به حالت بالغ ماهی است. بنابراین شناسایی ایکتیوپلانکتون ها مشکل به نظر می رسد و تاکنون تحقیقات زیادی بر روی آن‌ ها انجام نگرفته است. از

 طرفی دانستن، تنها بیولوژی ماهیان برای این پژوهش‌ها کافی نیست و نیاز به مطالعه بر روی پیشینه و اکولوژی لارو آن‌ ها می باشد .(El-Regal et al., 2008)

تعیین فراوانی لارو ماهی معمولاً کم هزینه تر از نمونه‌برداری ماهیان جوان و بالغ است. زیرا در یک نمونه‌برداری با تور پلانکتون گیری در سطح گسترده ای از بستر امکان جمع‌ آوری چندین نوع گونه بسیار بیشتر است. بعلاوه نمونه های پلانکتونی فقط شامل لارو ماهیان نمی شود، بلکه بخش زیادی از آن شامل زئوپلانکتون های شکارچی و طعمه است (Smith & Richardson, 1977). گسترده بودن حالت های مختلف مراحل اولیه رشد ماهیان، بسیار مهم است و مطالعه بر روی آن بخش مستقلی از تحقیقات ماهی شناسی را به خود اختصاص می دهد. همچنین مطالعه بر روی ترکیب گونه ها، فراوانی، توزیع مکانی و زمانی لارو ماهیان، اطلاعات با ارزشی را در مورد مکان، فصل تخم‌ریزی و حالت های مختلف و خاص تخم‌ریزی از گونه های مهم ماهیان تجاری را به ما می دهد. مطالعه در مورد مرحله لاروی ماهیان به یکی از بخش های اصلی در زمینه سیستماتیک، اکولوژی و بیولوژی ماهیان تبدیل شده است و در حقیقت ارزیابی بازگشت‌پذیری شیلاتی، فصول و مناطق تخم‌ریزی ماهیان به این امر وابسته است (Kendall & Matarese, 1994). البته امروزه در تحقیقات شیلاتی، مطالعه بر روی ایکتیوپلانکتون ها، فقط درمورد گونه های خاص تجاری متمرکز نیست و این پژوهش ها نقش کلیدی را در دانستن شرایط اکولوژیکی و چگونگی تکامل ماهیان یک اقلیم را دارا می باشد (Moser & Smith, 1993).

1-4 ویژگی های کلی خلیج‌فارس با تاکید بر سواحل جزیره هنگام (تنگه هرمز)

خلیج‌ فارس به علت موقعیت جغرافیایی ویژه، یکی از نادرترین اکوسیستم های دریایی محسوب می شود که دارای نواحی ساحلی متنوعی می باشد. خلیج فارس دریایی حاشیه ای است که دارای 990 کیلومتر طول و حداکثر 370 کیلومتر عرض می باشد ومنطقه ای به مساحت 366300 کیلومتر مربع را شامل می شود. عمق متوسط آن 35 متر و عمیق‌ترین نقطه آن در نزدیکی تنگه هرمز حدود 100 متر گودی دارد (Ismail, 1999). جزیره هنگام، یکی از جزایر خلیج‌فارس و در نزدیکی تنگه هرمز است. این جزیره که در کرانه های جنوبی جزیره قشم است، در 26درجه خط عرض شمالی و 55 درجه خط طول شرقی واقع شده است (Sadghi et al., 2008). سواحل این جزیره اکثرا از نوع صخره های مرجانی است که به علت بکر بودن آن دارای تنوع بالایی از آبزیان می باشد. سواحل این جزیره در برخی نقاط از نوع شنی است. محققین دریافته اند هرگاه یک بستر سخت وجود داشته باشد اولین زنجیره غذایی مانند فیتوپلانکتون ها، گیاهان آبزی و جلبک هایی که کفزی اند، در آنجا نشست می کنند. بعلاوه سواحل صخره ای مرجانی، غالبا بعنوان مناطقی امن جهت تغذیه و تخمریزی جمعیت ماهیان بالغ و همچنین زیستگاه و پناهگاه جمعیت های جوان آن ها، تا زمان بازگشت شیلاتی، محسوب می شوند ( Omran et al., 2004).

1-5 فرضیات پژوهش

1) لارو ماهیان در سواحل جزیره هنگام دارای تنوع زیستی بالایی می باشند.

2) سواحل جزیره هنگام دارای لارو ماهیان گزارش نشده، می باشد.

3) تراکم و تنوع گونه ای لارو ماهیان در سواحل جزیره هنگام به شرایط فصلی و فاکتورهای محیطی بستگی دارد.

1-6 اهداف پژوهش

1)بررسی الگوی پراکنش مکانی و زمانی لارو ماهیان در سواحل جزیره هنگام

2) تعیین میزان تنوع زیستی گونه های مختلف لارو ماهیان در ایستگاه ها و فصول مختلف آب‌های ساحلی جزیره هنگام

3) بررسی خصوصیات ریخت‌شناسی مراحل لاروی گونه های مختلف ماهیان

4)شناسایی گونه های غالب ایکتیوپلانکتون در آب‌های ساحلی جزیره هنگام

5) تأثیر فاكتورهای فیزیكوشیمیایی خصوصاً شوری و دما بر روی فراوانی و تنوع لارو ماهیان

1-7 تشریح کلی لارو ماهی

اصطلاحات و تعریف‌هایی که در مقالات مختلف برای شرح و توصیف اولین مراحل سیکل زندگی ماهیان استخوانی بکار می رود با هم متفاوت است و بستگی به گردآورندگان آن مقاله دارد. علت این تفاوت‌ها را می‌توان در تنوع بالای حالت های رشد، در ماهیان مختلف یافت.

طبق تعریف( Leis & Carson-Ewart, 2000) شروع مرحله لاروی تا پایان آن شامل طیفی از تغییرات است که شامل دست یافتن به تمام صفات مریستیک و ظهور ساختارهای متحرک، (مانند چشم‌ها در ماهیان پهن و باله پشتی در شگ ماهیان) و نهایتاً از دست دادن تمام صفات موقتی و منحصر به فرد برای زندگی پلاژیک است. (پایان این مرحله فقط با دست یافتن کامل به تمام باله ها و کارایی خاص هر باله نیست.) برای اثبات این تعریف به دو دلیل اشاره می شود:

1)در مناطق حاره، در لارو بسیاری از گونه های ماهیان کفزی، تمام ساختار باله ها وشعاع های آن، تشکیل می شود اما هنوز حواسی که لازمه یک ماهی برای حفاظت از خود در محیط آبی زندگی‌اش است، تکامل نیافته و به صورت نارس است و همچنین به طور بنیادی با حواس در بالغین متفاوت می باشد(Leis & Carson-Ewart, 2000).

2) در میان ماهیان مناطق صخره های مرجانی حاره، لاروها دارای صفات گوناگون اند که این صفات در مقایسه با صفات لارو ها در مناطق دیگر با بستر های متفاوت، نا متداول است. این خصوصیات در لارو ماهیان مناطق مرجانی، برجسته و موقتی است و ساختار مورفولوژیکی این لاروها برای زندگی پلاژیک تخصصی شده است. ماهیان در آخرین مرحله لاروی و قبل از ورود به مرحله جوانی، معمولاً پولک دارند و دارای تعداد بسیار زیادی پیگمان روی بدنشان هستند. اما به طور محسوسی با ماهی بالغ متفاوت اند .(Leis & Carson-Ewart, 2000)

تعریف مرحله لاروی با مرحله زندگی پلاژیک متفاوت است. بسیاری از ماهیان کفزی، در مرحله جوانی برای مدتی به صورت پلاژیک باقی می مانند و همچنان تغییرات رشدی را در سیکل زندگی‌شان کامل می کنند که در این مرحله گروه ماهیان جوان پلاژیک را تشکیل می دهند. گرچه در گروه بزرگی از ماهیان کفزی دیگر، پایان مرحله لاروی تقریباً هم زمان با نشست[6] اتفاق می افتد (Leis & Carson-Ewart, 2000) .

برای بسیاری از ماهیان کفزی تغییرات مورفولوژیک که ماهی را از مرحله لاروی به مرحله جوانی انتقال می دهد، به صورت ناگهانی رخ می دهد و ماهیان جوان در اندازه هایی کوچک، مکان جدید زندگی خود را انتخاب می کنند. اما در گروه عظیمی از رده های ماهیان پلاژیک، تغییرات لاروی و انتقال لارو به مرحله جوانی که به این رویداد (انتقال[7]) می گویند، به صورت تدریجی می باشد. ماهیان جوان در اندازه های مختلف، کوچک و بزرگ مکان زندگی‌شان را انتخاب می کنند. به احتمال زیاد علت تدریجی بودن تغییرات در ماهیان پلاژیک محیط زندگی آن ها است. زیرا در طول سیکل زندگی‌شان تغییرات محسوسی روی نمی دهد. بنابراین علت پایان یافتن مرحله لاروی، تغییر در رژیم غذایی ماهی است (Leis & Carson-Ewart, 2000).

به طور کلی اولین مراحل سیکل زندگی ماهیان به دو بخش تقسیم می شود.

1-2-1 پرسش های تحقیق.. 6

2-2-1 اهداف.. 7

فصل دوم:

1-2 کلیات ذرت 11

1-1-2 اهمیت ذرت 11

3-1-2 بوم شناسی ذرت 12

2-2 تاثیر درجه حرارت بر مراحل رشد ذرت 16

3-2 تاثیر تنش خشکی ناشی از گرما بر عملکرد و اجزای عملکرد 13

4-2 سازگاری و مقاومت به تنش گرما 13

5-2 تاثیر تاریخ کاشت بر عملکرد ذرت 17

6-2 فاکتورهای تاثیرگذار بر زنده مانی گرده ذرت.. 24

7-2 روش های ارزیابی زنده مانی دانه گرده 24

8-2 چگونگی دمای بالا و تاثیر استرس آن بر گرده افشانی ذرت 27

9-2 عوامل موثر بر روند رشد دانه از لقاح تا رسیدگی 26

10-2 جمع بندی 26

فصل سوم:

1-3 زمان و محل اجرای آزمایش… 35

2-3مشخصات اقلیمی محل اجرای آزمایش… 35

3-3 خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مزرعه آزمایشی.. 36

4-3روش اجرای آزمایش… 37

1-4-3طرح و نقشه آزمایش… 39

2-5-3 مشخصات هیبریدها 39

5-3عملیات زراعی.. 39

1-5-3 آماده ­سازی زمین و پیاده نمودن نقشه طرح. 39

2-5-3 کاشت.. 40

3-5-3 کوددهی.. 40

4-5-3آبیاری.. 40

5-5-3 وجین.. 40

7-5-3 مبارزه با آفات و بیماری.. 40

7-5-3برداشت.. 41

6-3 اندازه گیری صفات مورد بررسی.. 41

7-3 محاسبات آماری.. 42

فصل چهارم:

1-4 بررسی برخی خصوصیات مرفولوژیک ذرت 45

1-1-4 تعداد شاخه فرعی گل تاجی 45

2-1-4 طول شاخه اصلی گل تاجی 47

3-1-4 طول بلال 47

2-4 وزن دانه گرده 47

3-4 زنده مانی دانه گرده 52

4-4 کچلی بلال 55

5-4 عملکرد و اجزای عملکرد. 59

1-5-4 تعداد ردیف دانه 59

2-5-4 تعداد دانه در ردیف 61

3-5-4 تعداد دانه در بلال 64

4-5-4 وزن هزار دانه 66

5-5-4 عملکرد دانه . 69

6-5-4 عملکرد بیولوژیک 72

 

7-5-4 شاخص برداشت……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 74

9-4 همبستگی صفات…………………………………………………………………………………………………………………………………………….77

 

فصل پنجم:

1-5 نتیجه ­گیری کلی.. 81

2-5 پیشنهادات.. 48

منابع. 85

پیوست.. 93

 

 

فهرست اشکال                                                                                                          

عنوان                                                                                                                               صفحه

شکل 1-3 نقشه کلی طرح آزمایشی.. 38

شکل 1-4 مقایسه میانگین تعداد شاخه فرعی گل‎تاجی در هیبریدهای ذرت.. 46

شکل 2-4 مقایسه میانگین طول شاخه اصلی گل‎تاجی در تاریخ کاشت‎های مختلف.. 47

شکل 3-4مقایسه میانگین طول بلال در هیبریدهای مختلف.. 48

شکل 4-4 اثر متقابل تاریخ کاشت و هیبرید بر طول بلال. 49

شکل 5-4مقایسه میانگین وزن دانه گرده در تاریخ کاشت‎های مختلف.. 50

شکل6-4 مقایسه میانگین وزن دانه گرده در هیبریدهای مختلف .. 51

شکل 7-4 اثر متقابل تاریخ کاشت و هیبرید بر وزن دانه گرده. 51

شکل 8-4 مقایسه میانگین زنده­مانی دانه گرده در تاریخ های کاشت مختلف                                                          54

شکل 9-4 مقایسه میانگین زنده­مانی دانه گرده در هیبریدهای مختلف                                                                   54

شکل 10-4 اثر متقابل تاریخ کاشت و هیبرید بر زنده­مانی دانه گرده                                                                    55

شکل11-4 مقایسه میانگین کچلی بلال در تاریخ کاشت‎های مختلف.. 56

شکل 12-4 مقایسه میانگین کچلی بلال در هیبریدهای مختلف.. 56

شکل 13-4 اثر متقابل تاریخ کاشت و هیبرید بر کچلی بلال 57

شکل 14-4 مقایسه میانگین تعداد ردیف دانه در بلال در هیبریدهای ذرت.. 59

شکل15-4مقایسه میانگین تعداددانه در ردیف بلال در تاریخ کاشت‎های مختلف.. 62

شکل 16-4 مقایسه میانگین تعداد دانه در ردیف بلال در هیبریدهای ذرت.. 63

شکل 17-4 اثر متقابل تاریخ کاشت و هیبرید بر تعداد دانه در ردیف بلال   63

شکل18-4 مقایسه میانگین تعداددانه در بلال در تاریخ کاشت‎های مختلف.. 65

شکل 19-4مقایسه میانگین تعداد دانه در بلال در هیبریدهای ذرت.. 65

شکل 20-4 اثر متقابل تاریخ کاشت و هیبرید بر تعداد دانه بلال. 66

شکل 21-4مقایسه میانگین وزن هزاردانه در تاریخ کاشت‎های مختلف.. 67

شکل 22-4 مقایسه میانگین وزن هزاردانه در هیبریدهای ذرت.. 68

شکل 23-4 اثر متقابل تاریخ کاشت و هیبرید بر وزن هزاردانه. 68

شکل 24-4مقایسه میانگین عملکرد دانه در تاریخ کاشت‎های مختلف.. 70

شکل 25-4- مقایسه میانگین عملکرد دانه در هیبریدهای ذرت.. 71

شکل 26-4 اثر متقابل تاریخ کاشت و هیبرید بر عملکرد دانه. 71

مقایسه میانگین عملکرد بیولوژیک در تاریخ کاشت‎های مختلف.. 73

شکل 28-4- مقایسه میانگین عملکرد بیولوژیک در هیبریدهای متفاوت.. 73

شکل 29-4 اثر متقابل تاریخ کاشت و هیبرید بر عملکرد بیولوژیک 74

شکل 30-4 مقایسه میانگین شاخص برداشت در تاریخ کاشت‎های مختلف…………………………………………………………………….. 75

شکل 31-4- مقایسه میانگین شاخص برداشت در هیبریدهای متفاوت.. 75

 

فصل اول

 

مقدمه

طبق آمار فائو در سال 2015 در حال حاضر 805 میلیون انسان گرسنه در جهان وجود دارد و جمعیت جهان تا سال 2050 به نه میلیارد نفر خواهد رسید. به گفته کارشناسان این سازمان باید تولید غذا به بالای 60 درصد برسد تا بتواند جوابگوی این افزایش جمعیت باشد. بنابراین کشاورزی در عصر حاضر یکی از مهم­ترین مولفه­های امنیت ملی و غذایی کشورهای توسعه یافته بوده و در عین حال حیاتی­ترین عامل اقتصادی برای کشورهای در حال توسعه به شمار می­آید. افزایش عملکرد گیاهان زراعی یکی از اهداف مهم و ضروری جامعه امروزی برای هماهنگی با افزایش جمعیت جهان است. عوامل محیطی و پتانسیل ژنتیکی گیاه از عوامل مهم و تعیین­کننده عملکرد اقتصادی هر گیاه زراعی محسوب می­‎شود. یکی از مهم­ترین عوامل محیطی موثر بر رشد و نمو گیاه زراعی ذرت شرایط دمایی و درجه حرارت است.

ذرت یکی از چهار غله­ای است که 60 درصد انرژی غذایی از آن گرفته می­ شود (2015،FAO). در جهان امروز، ذرت به علت اهمیت فوق­العاده زیادی که در تأمین غذای دام‎ها و پرندگان و مصارف دارویی و صنعتی دارد، نسبت به افزایش سطح زیر­کشت و همچنین بهبود تکنیک زراعت آن اقدامات اساسی به عمل آمده و در بیشتر کشورهای جهان که دارای شرایط آب و هوایی مناسب برای رشد این گیاه می‎­باشند، محصول قابل توجهی تولید می‎­نماید.

عوامل دیگری که باعث گردیده تا این گیاه به مقدار بسیار زیادی گسترش یابد عبارتند از:

• مقاومت مطلوب نسبی به خشکی و ورس
• عملکرد زیاد آن در هکتار نسبت به سایر محصولات
• امکان قرار گرفتن این گیاه در تناوب‎­های مختلف با گیاهان و آب و هوای گوناگون
• قابلیت مکانیزاسیون کامل در مراحل مختلف کاشت، داشت و برداشت

ذرت یکی از محصولات مهم زراعی است که به تنش­‎های محیطی نسبتاً حساس است. از طرفی نیاز به این محصول استراتژیک بسیار بالاست و ضروری است در ارتباط با افزایش تحمل این گیاه زراعی به تنش­‎های محیطی راهکارهای به­‎زراعی و به­‎نژادی اندیشیده شود.

 

1-1 ضرورت و اهمیت موضوع

طبق آمار وزارت کشاورزی در سال زراعی 92- 1391 ، سطح ذرت دانه­ای كشور حدود 290 هزار هكتار برآورد شده كه سهم اراضی آبی 9/99 درصد و بقیه به­صورت کشت دیم می­باشد.

استان خوزستان با سهم2/38 درصد از کل سطح برداشت ذرت دانه­ای بیشترین سطح این محصول را دارا می­باشد. استان­های: فارس با سهم 8/13 درصد، كرمانشاه با سهم 6/9 درصد ، جنوب استان کرمان با سهم 4/7درصد ، کرمان با سهم 7/5 درصد و اردبیل با سهم 5 درصد به ترتیب ، مقام­های دوم تا ششم را به­خود اختصاص داده­اند. شش استان مزبور جمعاً 6/79 درصد سهم از برداشت اراضی ذرت دانه‌ای در كشور را دارا هستند. کمترین سطح ذرت دانه­ای کشور با 9 هکتار متعلق به استان خراسان جنوبی می­باشد.

   میزان تولید ذرت دانه­ای در كشور حدود 9/1 میلیون تن برآورد شده كه 98/99 درصد آن از اراضی کشت آبی به­دست آمده است. بیشترین میزان تولید ذرت دانه­ای كشور با 37.6 درصد به استان خوزستان تعلق دارد و استان­های: فارس

چکیده

چگالی و گرانروی مخلوط های دوتایی سولفولان با کلرو بنزن، بروموبنزن و نیتروبنزن در محدوده کسر مولی (0-1) در دماهای 15/298، 15/303و 15/308 کلوین و در فشار جو اندازه گیری شد

 

از روی اطلاعات تجربی چگالی و گرانروی حجم مولار اضافی، ضریب انبساط دمایی اضافی، انحراف گرانروی و مقادیر انرژی آزاد گیبس فعال­سازی اضافی و همچنین مقادیر حجم های مولی جزئی نیز محاسبه گردید.

کمیت های ترمودینامیکی اضافی نام برده شده در بالا در معادله ردلیچ-کیستر قرار داده شد تا پارامترهای برهمکنش­های دوتایی تخمین زده شود. از نتایج تجربی حجم مولار اضافی توسط نظریه پریگوگن-فلوری-پترسون مقادیر حجم مولار اضافی پیش بینی و بهم ارتباط داده شدند.

 

نتایج نشان داد که مقادیر حجم مولار اضافی برای همه محلول­های دوتایی منفی می باشد همچنین مقادیر گرانروی و انرژی آزاد گیبس فعال­سازی اضافی منفی بدست آمد . میزان و نوع برهمکنش­های بین حلال و حل شونده های مخلوط­های دوتایی نیز تفسیر گردید.

واژه های کلیدی

مخلوط­های دوتایی، معادله ردلیچ -کیستر، خواص اضافی، نظریه پریگوگن-فلوری-پترسون، ضریب انبساط دمایی اضافی

 

عنوان                                                              فهرست مطالب                                             صفحه

فصل اول: مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 1

مخلوط­های دوتایی          1

فصل دوم: مبانی تئوری……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 5

2-1- گرانروی.. 5

2-1-1- واحدهای گرانروی………………………………………………………………………………………………………………………. 8

2-1-2-روش­های اندازه ­گیری گرانروی………………………………………………………………………………………………………………………………………. 9

2-1-2-1- گرانرومتر استوالد………………………………………………………………………………………………………………….. 9

2-1-2-2- روش استوک…………………………………………………………………………………………………………………………. 10

2-1-2-3-گرانرومتر شات گراته……………………………………………………………………………………………………………… 11

2-2- چگالی……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 12

2-2-1- استفاده از پیکنومتر………………………………………………………………………………………………………………….. 13

2-2-2- چگالی­سنج دیجیتالی آنتون پار………………………………………………………………………………………………… 14

2-3- ترمودینامیک محلول­ها……………………………………………………………………………………………………………………. 17

2-4- توابع اضافی…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 18

2-5- نحوه محاسبه و اندازه گیری توابع ترمودینامیکی………………………………………………………………………… 21

2-5-1- حجم مولار اضافی……………………………………………………………………………………………………………………… 21

2-5-1-1-مدل­های حجم مولار اضافی و پارامتر­های برهمکنش………………………………………………………….. 22

2-5-1-2- مدل پریگوگن-فلوری-پترسون…………………………………………………………………………………………….. 23

2-5-2- ضریب انبساط دمایی و دمایی اضافی هم­فشار………………………………………………………………………… 26

 

2-5-3- انحراف گرانروی 28

2-5-4- انرژی آزاد گیبس اضافی…………………………………………………………………………………………………………… 28

2-5-5- معادله چند جمله ای ردلیچ-کیستر………………………………………………………………………………………… 30

2-5-6- حجم مولی جزئی و مولی جزئی اضافی…………………………………………………………………………………… 31

فصل سوم: بخش تجربی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 34

3-1- مواد مصرفی…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 34

3-2- وسایل و تجهیزات…………………………………………………………………………………………………………………………… 34

3-3- اندازه گیری چگالی مایعات……………………………………………………………………………………………………………. 35

3-4- تعیین حجم مولار اضافی ………………………………………………………………………………………………………. 41

3-5- معادله بررسی شده برای حجم مولار اضافی (پریگوگن-فلوری –پترسون ).. 45

3-6- تعیین ضریب انبساط دمایی اضافی………………………………………………………………………………………………. 46

3-7- اندازه گیری گرانروی………………………………………………………………………………………………………………………. 49

3-8- انحراف گرانروی………………………………………………………………………………………………………………………………. 51

3-9- انرژی آزاد گیبس اضافی فعالسازی G*E…………………………………………………………………………………….. 55

3-10- محاسبه حجم­های مولی جزیی و حجم­های مولی جزیی اضافی……………………………………………. 59

فصل چهارم : بحث و نتیجه ­گیری……………………………………………………………………………………………………………. 67

4-1- تغییرات حجم اضافی مخلوط­ها…………………………………………………………………………………………………… 67

4-2- بررسی تغییرات انحراف گرانروی (Δη) مخلوط­ها………………………………………………………………….. 71

4-3- بررسی تغییرات انرژی آزاد گیبس اضافی فعالسازی G*E…………………………………………………………. 76

-3- بررسی تغییرات ضریب انبساط پذیری دمایی هم­فشار………………………………………………………………….. 78

 

4-4- حجم­های مولی جزئی و حجم­های مولی جزئی اضافی مخلوط­های دو جزئی………………………….. 81

فصل پنجم: نتیجه گیری کلی……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……. 86

نتیجه‌گیری………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 86

پیشنهاداتی برای تحقیقات آتی………………………………………………………………………………………………………………… 88

مراجع  ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 89

 

عنوان                                                       فهرست جداول                                             صفحه

34

37

38

39

40

جدول 3-6- حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف….. 42

جدول 3-7- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن                     42

جدول 3-8- حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف    43

جدول 3-9- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن        43

جدول 3-10- حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف 44

جدول 3-11- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن                44

45

46

46

47

47

جدول 3-17- مقادیر ضریب انبساط دمایی اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترووبنزن در دماهای مختلف     …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 48

48

جدول 3-19- شماره­های کاپیلار جهت اندازه گیری گرانروی مایعات مختلف… … 50

جدول 3-20- گرانروی ترکیبات خالص در دمای 298.15 کلوین با توجه به مراجع ذکر شده 50

جدول 3-21- گرانروی مطلق و انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن.. .. 52

جدول 3-22- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن.. .. 52

جدول 3-23- گرانروی مطلق و انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن.. .. 53

جدول 3-24- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن 53

جدول 3-25- گرانروی مطلق و انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترووبنزن.. .. 54

جدول 3-26- ضرایب ردلیچ کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترووبنزن 54

جدول 3-27- مقادیر برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف… … 56

جدول 3-28- ضرایب ردلیچ-کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن      56

جدول 3-29- مقادیر برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای مختلف… … 57

جدول 3-30- ضرایب ردلیچ-کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن 57

جدول 3-31- مقادیر برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف… … 58

جدول 3-32- ضرایب ردلیچ-کیستر و انحراف استاندارد برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترووبنزن    58

جدول 3-33- حجم مولی ترکیبات خالص در سه دما 60

جدول 3-34- حجم مولی جزیی و برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف      61

جدول 3-35- حجم مولی جزیی و برای سیستم دوتایی سولفولان + بروموبنزن در دماهای         مختلف      62

جدول 3-36- حجم مولی جزیی و برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف      63

جدول 3-37- حجم مولی جزیی اضافی و برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف                                                                                                                   64

جدول 3-38- حجم مولی جزیی اضافی و برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف      65

جدول 3-39- حجم مولی جزیی اضافی و برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف      66

 

عنوان                                                     فهرست اشکال                                                 صفحه

            

شکل-2-1- سیالی که بین دوصفحه جریان دارد………………………………………………………………………………….. 7

شکل-2-2- گرانرومتر استوالد……………………………………………………………………………………………………………………. 9

شکل-2-3- دستگاه اندازه گیری گرانروی با روش استوک……………………………………………………………………… 10

شکل-2-4- ساختار گرانرومترشات گراته………………………………………………………………………………………………….. 11

شکل-2-5- پیکنومتر پر شده با مایع رنگی………………………………………………………………………………………………. 13

شکل-2-6- تصویر لوله Uشکل…………………………………………………………………………………………………………………. 15

شکل-2-7- ارتعاش نوسانگر……………………………………………………………………………………………………………………….. 16

شکل-2-8- تغییرات حجم محلول بر اثر افزایش یک مول حل­شونده……………………………………………………. 32

شکل-3-1- دستگاه چگالی سنج آنتون پار………………………………………………………………………………………………. 35

نمودار 3-2- نمودار تغییرات چگالی سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف………….. 38

39

40

67

نمودار4-2- تغییرات حجم مولار اضافی برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف         68

68

70

72

72

73

73

نمودار4-10- تغییرات انحراف گرانروی برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف 74

74

نمودار4-12- تغییرات برای سیستم دوتایی سولفولان + کلروبنزن در دماهای مختلف….. 76

نمودار4-13- تغییرات برای سیستم دوتایی سولفولان+ بروموبنزن در دماهای مختلف….. 76

نمودار4-14- تغییرات برای سیستم دوتایی سولفولان + نیترو بنزن در دماهای مختلف….. 77

78

79

79

81

82

83

83

84

نمودار 4-23- تغییرات حجم مولی جزئی نیتروبنزن برای سیستم دوتایی سولفولان + نیتروبنزن در دماهای مختلف   …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 84

85

85

 

فصل اول: مقدمه

مخلوط­های دوتایی

محلول به ترکیب همگن دو یا چند ماده گفته می­‌شود منظور از ترکیب همگن این است که اجزای تشکیل دهنده مخلوط در یک فاز باشند و اجزاء آن قابل تفکیک از یکدیگر نیستند.. به­ طور معمول ماده­ای که به مقدار بیشتری در مخلوط موجود باشد، حلال نامیده می­ شود. حلال می ­تواند گاز، مایع و یا جامد باشد. به مواد دیگری که در محلول موجود هستند (به غیر از حلال) حل شونده می­گویند. حلال در هر فاز فیزیکی باشد، محلول هم در همان فاز خواهد بود. محلول­ها نقش بسیار مهمی در مطالعات علمی و تحقیقاتی دارند زیرا اکثر پدیده­های شیمیایی و بیوشیمیایی در فاز محلول انجام می­گیرد. سیستم های دوتایی از نقطه نظرهای متعددی حائز اهمیت می­باشند خواص شیمی فیزیکی مخلوط دوتایی از دو نقطه نظر نظری و عملی برای درک نظریه مایع اهمیت دارد ]1[. خواص ترمودینامیکی محلول­های مایع دوتایی اغلب براساس توابع اضافی هما­نند حجم مولار اضافی، آنتالپی اضافی و انرژی گیبس اضافی، مطرح می­شوند،­ مطالعه این خواص ترمودینامیکی و درجه انحراف آن از حالت ایده آل در درک طبیعت بر همکنش­های بین مولکولی میان دو محلول و همچنین به عنوان یک روش کمی و کیفی برای استنباط اطلاعات مربوط به ساختار مولکولی و نیروهای بین مولکولی بسیار مفید است [3,2].

از میان این خواص ترمودینامیکی، خواصی مانند چگالی، گرانروی، ضریب شکست، وخواص حجمی مرتبط با آن بیشتر مورد بررسی قرار می­گیرند زیرا این اطلاعات منعکس کننده رفتار واقعی حل شونده و میزان برهمکنش آن با حلال می­باشد که از این دانش می­توان در عملیات­های مهندسی مانند طراحی، کنترل و بهینه­سازی فرایندهای شیمیایی استفاده نمود [4].

 

اطلاعات چگالی، گرانروی مایعات خالص و مخلوط­ها به منظور اهداف نظری و عملی حائز اهمیت می‌باشند و از نظر کمی و کیفی در مطالعه جنبه­ های ترمودینامیک – انتقال مرتبط با جریان مایع و گرما مفید می­باشد [5].

سولفولان یک حلال آب­گریز دو قطبی، با فرمول مولکولی C4H8SO2 دارای جرم مولکولی 17/120 گرم بر مول می­باشد که به شکل مایع خالص بی­رنگ است اما در صنعت اغلب در رنگ زرد روشن به علت برهمکنش با هوا می باشد که که بطور وسیع در صنعت نفت برای بازیافت ترکیبات آروماتیک و دیگر ترکیبات آلی با روش استخراج مایع[1] بکار می­رود و همچنین در استخراج گاز برای خالص­سازی و تصفیه بخار گاز طبیعی استفاده می­ شود و برای جزء جزء کردن اسید چرب به اجزای اشباع و غیر اشباع، به عنوان حلال واکنش برای تهیه پیریدین، ایزوسیانات، تهیه دارو و همچنین فرایند پلیمریزاسیون کاربرد و اهمیت ویژه­ای دارد [7,6].

کلروبنزن، یک مولکول قطبی است و به عنوان یک ترکیب مهم در سینتیک شیمیایی، در فرایند دارویی و بیولوژیکی”ضد قارچ”، به عنوان ضدعفونی کننده و به طور گسترده­ای در تهیه حلال­های صنعتی به­کار می­رود [9,8].

برومو بنزن مایعی زرد رنگ با بویی معطر که یک هالو بنزن است و به عنوان یک ماده اولیه در ساخت فن سیکلیدین استفاده می­ شود و همچنین به عنوان حلال صنعتی و یک افزود­نی در روغن­های موتور به­کار می­رود و همچنین در تولید دارو کاربرد دارد [10].

نیترو بنزن، یک حلال دو قطبی چند منظوره است که برای تحقیقات سینیتیکی و الکتروشیمیایی به­کار می­رود که 95% آن در تهیه آنیلین مصرف می­ شود و همچنین در تهیه لاستیک ، آفت­کشها، مواد منفجره، دارو و همچنین به عنوان یک عطر ارزان قیمت در تهیه صابون و موارد بسیار دیگر کاربرد دارد ]13,11[

مروری بر پژوهش­های انجام شده

کریشنا و همکارانش[2] در سال 2009 چگالی، گرانروی، مخلوط­ های دوتایی از سولفولان با آمین آلیفاتیک را در دمای15/308 درجه کلوین و در فشار اتمسفر اندازه ­گیری کردند و توابع اضافی مربوطه را محاسبه و علامت و بزرگی این کمیت­ها را در عبارتی از پیوند هیدروژنی و برهمکنش­های دو قطبی دو قطبی بین ترکیبات به بحث گذاشته و مشاهده کردند که حجم مولار اضافی، محلول دو تایی منفی می­باشد که ناشی از برهمکنش­های دوقطبی دوقطبی قوی بین ترکیبات می­باشد [6].

مطالعات انجام شده توسط پات واری[3] و همکارانش بر روی خواص ترمودینامیکی مخلوط­های دوتایی شامل اندازه گیری چگالی، گرانروی و سرعت صوت مخلوط­های دوتایی سولفولان با ایزومرهای استات (اتیل استات، n پروپیل استات و n بوتیل استات) در دماهای مختلف است در این تحقیق توابع اضافی مربوطه محاسبه و داده­های تجربی با معادله ردلیچ کیستر ارتباط داده شده و اثرات ساختاری از جمله تغییرات طول زنجیر در میزان برهمکنش بین مولکولی به بحث گذاشته شد ]14[.

بعلاوه مطالعات صورت گرفته شده توسط شوکلا[4] و همکارانش بر روی خواص ترمودینامیکی مخلوط­های دوتایی شامل اندازه گیری چگالی، گرانروی مخلوط­های دوتایی از متانول باکلروبنزن، برومو بنزن در دما­های مختلف که در آن توابع اضافی مربوطه محاسبه و برهمکنش­های بین مولکولی و اثرات ساختاری تشریح گردیدکه بر اساس آن این نتیجه حاصل شد مقادیر منفی حجم مولار اضافی مشاهده شده نشان دهنده برهمکنش دوقطبی دوقطبی قوی بین ترکیبات می­باشد [15].

در پژوهشی دیگر چگالی، گرانروی مخلوط­های دوتایی 2- اکتانول با برومو بنزن و کلرو بنزن در دما­های مختلف توسط باهاتیا[5] و همکارانش اندازه گیری شده است و توابع اضافی مربوطه تعیین و این نتیجه حاصل شد که مقادیر مثبت حجم مولار اضافی نا­شی از برهمکنش بین مولکولی ضعیف بین 2 -اکتانول و ترکیبات آروماتیک می­باشد [16].

 

سه عامل اصلی برای بررسی برهمکنش­های بین مولکولی توسط خواص ترمودینامیکی اضافی مخلوط­ها به شرح زیر است:

• برهمکنش فیزیکی: شامل نیروهای پراکندگی و برهمکنش ضعیف واندروالسی و نامساعد بین مولکول­های غیر مشابه
• برهمکنش شیمیایی: شامل پیوندهای شیمیایی مثل انتقال الکترون و تشکیل پیوندهای هیدروژنی و برهمکنش خاص دو قطبی-دوقطبی
• ساختاری: ناشی از اتصالات هندسی یک جزء به جزء دیگر که به علت تغییرات درون شبکه­ ای ایجاد می­شود

در تحقیق انجام شده، ابتدا مقادیر چگالی و گرانروی مخلوط­های دوتایی سولفولان با کلروبنزن، بروموبنزن و نیتروبنزن در دماهای 15/298، 15/303و 15/308 کلوین اندازه ­گیری شد سپس با بهره گرفتن از مقادیر تجربی چگالی و گرانروی هر یک از ترکیبات خالص و مخلوط­هایشان در کسرهای مولی مختلف از سولفولان مقادیر حجم مولار اضافی، انحراف گرانروی، حجم­های مولی جزئی، ضریب انبساط پذیری هم فشار و همچنین انرژی آزاد گیبس فعال­سازی محاسبه گردید. همه داده ­های مربوط به توابع اضافی توسط معادله ردلیچ-کیستر تصحیح و به هم مرتبط گردیدند. همچنین با بهره گرفتن از مقادیر تجربی حجم مولار اضافی توسط نظریه پریگوگن-فلوری-پترسون حجم مولار اضافی پیش بینی شد. سپس با کمک این توابع و رسم منحنی­های مربوط به آنها بر حسب کسر مولی سولفولان، به مطالعه نوع برهمکنش­های بین مولکولی پرداخته شد. همچنین اثرات دما، ترکیب درصد مواد بر روی خواص ترمودینامیکی مخلوط­های دوتایی سولفولان با حل شونده­ها بررسی شد.

استفاده از پوشش‌های خوراکی و مواد پوشش‌دهنده روشی برای جلوگیری از اتلاف آب ‌میوه است.                 پوشش‌های خوراکی، مواد خوراکی استفاده‌شده در سطح محصول بوده که می‌توانند به‌عنوان موانع تبادلات گازی و رطوبتی، کنترل رشد میکروبی، حفظ رنگ، بافت و رطوبت و افزایش عمر قفسه‌ای محصول عمل نماید. پوشش‌های خوراکی شامل پلی ساکاریدها، پروتئین‌ها، چربی‌ها و یا مخلوطی از این ترکیبات هستند(ویگ یان کندرا، 2010).

یکی از پوشش‌های خوراکی جدید صمغ آکاسیا است که صمغ عربی نیز نامیده می‌شود و یک نوع پلی ساکارید است که جهت کاهش اتلاف آب و حفظ رنگ و نگهداری‌نمونه‌های بیولوژیکی به مدت طولانی استفاده می‌شود (کریل، 2006، علی و هم کاران ،2010 و مقبول و هم کاران ، 2011).

اسانس‌های گیاهی یا به ‌اصطلاح مواد فرار، مایعات روغنی معطر به‌دست‌آمده از اندام‌های مختلف گیاه شامل: گل، جوانه، بذر، برگ و سایر قسمت‌ها هستند. تا همین اواخر، اسانس‌های گیاهی به دلیل عطر و طعم خود­ به‌عنوان طعم‌دهنده‌ی مواد غذایی،­­ مورد استفاده قرار می‌گرفتند، اما امروزه اسانس‌های گیاهی و اجزای خالص آن‌ ها از نقطه‌نظر وضعیت ایمنی‌شان، موردپذیرش مصرف‌کنندگان بوده و برای استفاده‌های چندمنظوره، هستند. استفاده از آنتی‌اکسیدان‌های طبیعی به‌عنوان ­جایگزین مواد شیمیایی سنتزی،­­ توجه محققین را به سمت اسانس‌های گیاهی معطوف نموده است. علاوه ­بر این، خواص ضد میکروبی اسانس‌های گیاهی به‌دست‌آمده از اندام‌های گیاهی به‌صورت تجربی برای قرن‌ها به رسمیت شناخته‌شده است. رایج‌ترین اسانس‌های گیاهی متعلق به جنس آویشن، مرزنجوش، نعناع، میخک و اکالیپتوس است. تمام اسانس‌های گیاهی مورداستفاده فعالیت آنتی‌اکسیدانی بالایی از خود بروز می‌دهند (سرانو و همکاران ، 2008).

ترکیب اصلی مسئول اثر آنتی‌اکسیدان کارواکرول در پونه کوهی، اوژنول در میخک، تیمولدر آویشن، منتول در نعناع و اکالیپتول 14 در اکالیپتوس 15 است.

فعالیت بیولوژیکی اصلی و امکان استفاده از اسانس‌ها در صنایع غذایی و بسته‌بندی محصولات به ظرفیت ضد میکروبی آن‌ ها مربوط می‌شود. فعالیت

 ضد میکروبی اوژنول، تیمول و کارواکرول در برابر باکتری، قارچ و مخمر اثبات ‌شده است (سرانو و همکاران، 2008). استفاده مداوم از قارچ‌کش‌های مصنوعی منجر به مقاوم شدن پاتوژن ها در برابر قارچ‌کش می‌شود به‌علاوه بقایای این قارچ‌کش‌ها در میوه‌ها، خطر جدی برای مصرف‌کنندگان و محیط زیست محسوب می‌شود. قارچ‌کش‌های خوراکی موجب بهبود ظاهر مواد غذایی و حفظ میوه می‌شود به این دلیل که آن‌ ها می‌توانند موانع انتخابی در مقابله با تنفس، افت رطوبت و پوسیدگی فراهم کنند. این پوشش‌ها از نظر خوراکی بودن، سازگاری زیستی، غیر سمی بودن و کم‌هزینه بودن ارزشمند هستند. استفاده از اسانس گیاهی که دارای اثرات ضد قارچی هستند به‌طور قابل‌توجهی پوسیدگی، کاهش وزن، سفتی میوه، غلظت مواد جامد محلول و اسیدیته قابل تیتراسیون را به تأخیر می‌اندازند (سرانو و همکاران،2008، پلوی و همکاران ، 2009).

بسته‌بندی با اتمسفر تعدیل‌شده (MAP) یک تکنیک برای به تاخیرانداختن عمر قفسه‌ای محصولات تازه می‌باشد که شامل استفاده از یک پوشش پلیمری جهت بسته‌بندی محصول است که به روش‌های مختلفی اتمسفر اطراف محصول و درون بسته‌بندی را تغییر می‌دهند. بدین منظور می‌توان با خارج نمودن هوای اطراف محصول و ایجاد خلأ (بسته‌بندی و تحت خلأ)، وارد نمودن یک ترکیب گازی معین به داخل پوشش (اتمسفر تعدیل یافته فعال) یا تغییر تدریجی ترکیب گازی درون بسته‌بندی در اثر تنفس محصول (اتمسفر تعدیل یافته غیرفعال ) اتمسفر گازی اطراف محصول و درون بسته را تغییر داد. اتمسفر تعدیل یافته درون بسته‌بندی به‌طور مستقیم به‌شدت تنفس فراورده و نفوذپذیری پوشش به‌کاررفته برای گازهای اکسیژن، دی اکسید کربن و بخارآب بستگی دارد، پس از گذشت زمان ‌بر اثر تنفس محصول با افزایش غلظتCO2 دی اکسید کربن و کاهش غلطت اکسیژن به یک وضعیت تعادل در بسته مواجه منجر خواهد شد. افزایش غلظت گاز CO2 دی اکسید کربن و کاهش غلطت گاز اکسیژن O2شدت تنفس و فعالیت متابولیکی میوه را به حداقل رسانده و هم‌چنین با کاهش یا جلوگیری از فعالیت آنزیم‌های تجزیه کننده­ پکتین ­سبب ­حفظ سفتی­ بافت ­می­ شود.

استفاده از بسته بندی با اتمسفر تعدیل یافته (MAP) همراه با اسانس‌های گیاهی به‌منظور پاسخ‌گویی به حفظ کیفیت میوه در طول انبارداری طراحی ‌شده است. استفاده از این ترکیب مزایای بسته بندی با اتمسفر تعدیل یافته ( (MAPبه ‌تنهایی را بهبود می‌بخشد. بر اساس حفظ پارامترهای ارگانولپتیک، کنترل فساد میکروبی و نتایج گزارش‌شده می‌توان نتیجه گرفت که استفاده از اسانس‌های گیاهی در ترکیب با مپ (MAP) یک راهکار ابتکاری و مفید به‌عنوان جایگزین مواد شیمیایی نگه‌دارنده در میوه‌ها و سبزی‌های بسیار فسادپذیر می­باشد (سریانو و همکاران، 2008).

مطالعه حاضر در خصوص بسته‌بندی محصولات نافرازگرا با بهره گرفتن از اتمسفر تعدیل‌شده در ترکیب با صمغ عربی و اسانس ­های های گیاهی است و پاسخ به این سؤال که آیا می‌توان با بهره گرفتن از این ترکیب ماندگاری برخی محصولات نافراز گرا را افزایش داد و میکروارگانیسم‌های موجود در محیط اطراف میوه یا بسته که تحت شرایط رطوبتی ناشی از اتمسفر تعدیل‌یافته، نمود بیشتری دارند را کنترل نمود؟

1-3 اهداف تحقیق

بررسی تأثیر ترکیبی بسته‌بندی با اتمسفر تعدیل‌شده با اسانس‌های گیاهی بر کیفیت انبارداری میوه

بررسی تأثیر ترکیبی بسته‌بندی با MAPو صمغ عربی بر کیفیت انبارداری میوه

تعیین بهترین غلظت صمغ عربی در برهمکنش با اسانس‌های گیاهی به‌منظور افزایش عمر پس از برداشت

 

کشاورزی بزرگترین و قدیمی‏ترین صنعت جهان است. تولید، فرآوری و توزیع مواد غذایی همگی محیط زیست را تغییر می‏دهند. به دلیل عظمت و وسعت این صنعت اثرات آن بر محیط زیست غیر قابل اجتناب بوده و می‏تواند جنبه‏ه ای مثبت و یا منفی داشته باشد. برای مثال علف‌کش‏ها و آفت‏کش‏های جدید در کوتاه مدت انقلابی در کشاورزی بوجود آورده‏اند. اما در دوره‏های طولانی اثرات نامطلوب بر محیط زیست ثابت شده است. کشاورزی دارای اثرات اولیه و ثانویه بر محیط زیست بوده که اثرات اولیه آن تاثیراتی است که در محل کشاورزی به‏وقوع می‏پیوندد و اثرات ثانویه در محل صورت نگرفته بلکه توسط باد و جریان‏های سطحی یا زیرزمینی آب بر محیط وارد می‏گردد که اثرات کشاورزی شامل سه گروه محلی، منطقه‏ای و جهانی است. اثرات محلی در مکان‏هایی که کشاورزی انجام می‏گیرد، بوجود می‏آید و شامل فرسایش، از دست رفتن خاک و افزایش رسوبات در رودخانه‏های محلی می‏باشند. اثرات منطقه‏ای از ترکیبی عملیات کشاورزی در مناطق بزرگ ناشی می‏شود که شامل به‏وجود آمدن بیابان‏ها، آلودگی در مقیاس زیاد، افزایش رسوبات در رودخانه‏های اصلی و دهانه رودخانه‏ها و تغییرات در حاصلخیزی شیمیایی خاک‏ها در مناطق بزرگ می‏باشند. اثرات جهانی آنهایی‏اند که باعث تغییرات اقلیمی و نیز تغییرات وسیع بالقوه در چرخه‏های شیمیایی می‏گردند. مشکلات اصلی ناشی از کشاورزی در زمینه مسائل زیست‏محیطی شامل جنگل‏زدایی، کویرزدایی، فرسایش خاک، چرای مفرط، تخریب منابع آبی، تجمع فلزات سنگین، ترکیبات آلی سمی، آلودگی آب و رشد بیش از حد جلبک‏ها می‏باشند (پاینده،1380).

1-2   اهمیت شکر

نیشکر از مهمترین گیاهان قندی جهان بوده که از پتانسیل تولید شکر بالا و به مقدار زیاد در واحد سطح زمین را داراست و با داشتن مسیر فتوسنتزی C4، سرعت رشد بیشتر از 40 گرم در مترمربع در روز را دارد (خواجه پور، 1377). نیشکر خاص مناطق گرمسیری بوده که مقدار قند نیشکر اغلب در حد 12-10 درصد و در مواردی تا 17 درصد می‏باشد (مصباحی، 1385).

شکر به عنوان ماده غذایی انرژی‌زا تنها ماده غذایی است که به طور خالص می‌توان آن‏را تولید کرد و با توجه به ارزانی این منبع تامین انرژی در مقایسه با سایر مواد غذایی، تقاضا برای مصرف آن در ایران و سایر کشورهای در حال توسعه روبه افزایش است و در زمره یکی از کالاهای استراتژیک همواره مورد توجه و حمایت دولت‌ها می‏باشد. قیمت بسیار ارزان شکر در مقایسه با مقدار کالری که ایجاد می‏نماید این کالا را به منبع اساسی تأمین انرژی جامعه‏های فقیر مبدل ساخته است. از طرفی دیگر شکر برای بعضی از کشورهای صادر کننده مانند کشور کوبا به عنوان مهم‏ترین منبع تامین درآمد ارزی محسوب می‏گردد (سیفی‏پور، 1390). حدود 60 درصد قند تولیدی جهان از نیشکر و مابقی از چغندرقند تامین می‌شود. تولید جهانی شکر در سال 1984 معادل 1320 هزار تن بوده و در سال 2000 به 6767 هزار تن افزایش یافت که از این میزان 3945 هزار تن آن مربوط به چغندر و2822 هزار تن دیگر از نیشکر استخراج شده بود و در سال 2013 تولید جهانی شکر به 181000 هزار تن شکر خام رسید (بی‏نام، ب، 1392). نقش شکر به‌عنوان یکی از عمده‌ترین محصولات کشاورزی در تجارت جهانی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این محصول در 69 کشور گرم استوایی و نیمه گرم تا مدار 32 درجه زیر کشت قرار دارد (بهادری و کلاه‌چی، 1388).

1-3  عملیات مختلف سیستم تولید شکر در استان خوزستان

این عملیات‏ شامل عملیات آب‏شویی، عملیات قبل از تسطیح، عملیات تسطیح و خاک‏ورزی، عملیات کاشت، عملیات داشت مزارع و عملیات برداشت مزارع و انتقال به کارخانه و مراحل آسیاب و عصاره‏گیری و سیستم پالایش در کارخانه تولید شکر می‏باشد در عملیات آب‏شویی توسط بیل مکانیکی یا بلدوزر 6D و یا گریدر 16G اقدام به حوضچه‏سازی مزارع می‏کنند. پس از حوضچه‏سازی عملیات آب‏شویی به دو صورت پیوسته و منقطع انجام می‏شود. عملیات قبل از تسطیح شامل تخریب برم با بلدوزر یا گریدر، دیسک‏زنی اولیه با دیسک 24پره در دو نوبت و ماله اولیه 5/3 متری با تراکتور 110 اسب بخار در دو مرحله انجام می‏شود و زمین برای تسطیح با اسکریپر آماده می‏شود (راهدار، 1383). عملیات تسطیح با بهره گرفتن از اسکریپرهای لیزری ونگارد[3] با ظرفیت مزرعه‏ای 5/0 هکتار در ساعت انجام می‏شود. پس از تسطیح عملیات خاک‏ورزی با گاوآهن برگردان‏دار انجام می‏شود. سپس عملیات شیارزنی با بهره گرفتن از بلدوزر 8 Dیا تراکتور 200 اسب بخار و زیرشکن سه شاخه انجام می‏گیرد. پس از آن عملیات دیسک ثانویه در عمق 30 سانتی‏متری خاک سطحی با بهره گرفتن از دیسک‏های 24 یا 36 یا 44 پره 28 اینچ با تراکتور 200 اسب بخار یا بلدوزر 6 Dدر دو نوبت انجام می‏شود. ماله ثانویه آخرین عملیات بعد از تسطیح بوده که این عملیات در دو نوبت با ماله 5 متری و تراکتور 200 اسب بخار با ظرفیت مزرعه‏ای 2/1 تا 5/1 هکتار در ساعت انجام می‏شود (زارعی‏شهامت، 1389). در عملیات کاشت جویچه‏هایی به فاصله 183 سانتی‏متری از هم و عمق 10 الی 15 سانتی‏متری ایجاد می‏گردد. در کف جویچه‏ها دو جویچه کوچک به فاصله 40 تا 45 سانتی متر از هم جهت قرار گرفتن قلمه‏ها ایجاد می‏شود. این عملیات با بهره گرفتن از بلدوزر 6 Dیا تراکتورهایی با قدرت 110 اسب بخار با فاروئرهایی دو ردیفه انجام می‏گردد. ظرفیت مزرعه‏ای این عملیات بسته به نوع دستگاه از 8/0 تا 4/1 هکتار در ساعت می‏باشد. ‏آخرین عملیات تهیه زمین قبل از کاشت عملیات کودپاشی است. پس از کودپاشی عملیات کشت صورت

 می‏گیرد. میزان قلمه‏ریزی در کشت دستی حدود 5/6 تا 7 تن در هکتار و میزان ریزش در کشت ماشینی 5/8 تا 9 تن در هکتار است (سراغی، 1385). بعد از کشت مزرعه باید روی قلمه پوشانده شود. در این مرحله 3 تا 5 سانتی‏متر خاک روی قلمه ریخته می‏شود. پس از پوشش قلمه‏ها باید سمپاشی پیش رویشی صورت گیرد. سمی که در این مرحله انجام می‏گیرد آترازین با ماده مؤثر 80 درصد به مقدار 5 کیلوگرم در هکتار بوده که در 200 لیتر آب محلول می‏گردد (پورآذر و همکاران، 1385). بعد از سمپاشی پیش رویشی بلافاصله آبیاری اولیه صورت می‏گیرد. دومین آبیاری نیز به‏دلیل ارتباط نحوه و زمان آن با سله بستن خاک از حساسیتی ویژه برخوردار است. از دیگر عملیات زمان داشت عملیات واکاری است. روی پشته بردن مزارع یا هیلینگ آپ[4] عملیات بعدی است. پس از آن دفع علف‏های هرز به صورت اعمال سم در آب آبیاری یا هربیگیشن[5] با سمپاشی در 4 تا 5 هفته پس از کشت با مخلوطی از آمیترین + توفوردی یا آترازین + توفوردی انجام می‏شود و بر حسب وضعیت رشد علف‏ها از غلظت (دز)[6] 1 تا 2 درصد آن استفاده می‏شود. چنانچه تراکم علف‏های هزر زیاد نباشد سمپاشی دستی به صورت موضعی انجام می‏گیرد که ظرفیت کاری یک کارگر سمپاش به طور متوسط 56/0 هکتار در روز است. یکی دیگر از عملیات داشت وجین است که مبادرت به علف کنی می‏کنند. معمولا هر کارگر در روز می‏تواند 13/0 هکتار علف هرز باریک برگ یا 18/0 هکتار علف هرز پهن برگ و به طور متوسط 16/0 هکتار علف مخلوط را وجین کند (راهدار، 1383).

گیاه نیشکر هنگامی رسیده و آماده برداشت می‏باشد که درصد قند آن (عیار قند) به حدود 12 درصد و درصد خلوص شربت آن به حدود 90 درصد رسیده باشد. برداشت نیشکر ممکن است به دو روش نیمه ماشینی و یا کاملا ماشینی انجام شود. در روش برداشت نیمه ماشینی ابتدا مزرعه را آتش زده تا برگ‏ها بسوزند که این امر آلودگی زیادی به همراه دارد. کارگران نی‏بر ساقه‏ها را حتی‏الامکان از نزدیکی سطح خاک قطع می‏کنند و سپس میانگره‏های رأسی که رشد نکرده‏اند (به طول حدود 25 الی 35 سانتیمتر) حذف می‏ نمایند. ساقه‏های نیشکر با استفاده دستگاه گراب لودر در سبدهای حمل نی (ونگارد) بارگیری و به کارخانه حمل می‏گردد. در برداشت با ماشین، ممکن است ابتدا مزرعه را آتش زده و بعد ساقه‏ها توسط ماشین برداشت نیشکر از نزدیکی سطح خاک قطع و قطعه‏قطعه شده و در سبدهای حمل نی بارگیری و آنگاه به کارخانه حمل شود و یا اینکه مزرعه را آتش نزده و آنگاه اقدام به برداشت ماشینی کنند. ماشین‏های جدید برداشت نیشکر ابتدا قسمت انتهایی بوته (بطور میانگین 25 تا 30 سانتیمتر) زیر مجتمع برگ‏ها را قطعه‏قطعه می‏ نمایند. قطعاتی از برگ و غلاف که در اثر قطعه شدن از ساقه آزاد شده‏اند، تا حدی توسط جریان شدید هوا از محصول حذف شده و در سطح مزرعه پخش می‏گردند. ساقه‏های قطعه شده جهت فرایند قند‏گیری توسط تریلر به کارخانه انتقال داده می‏شوند (احمدی، 1388).

در صنعت قند هدف از فرایند تولید، استخراج و تغلیظ کربوهیدرات‏های موجود در بافت گیاه می‏باشد. نیشکرهای حمل شده به کارخانه جهت حذف خاکستر و باقیمانده برگ‏ها نیاز به شست‏و‏شو دارند. بطور کلی عملیات مختلفی که در کارخانه برای تولید شکر انجام می‏شوند شامل عصاره‏گیری، تصفیه شربت، فیلترهای‏خلاء، تبخیر، تبلور و تصفیه شکر می‏باشند که در مرحله عصاره‏گیری[7] نیشکرها پس از خرد شدن توسط یکسری چاقوهای مخصوص از بین غلتک‏های آسیاب عبور داده می‏شود. در این مرحله 3 تا 16 آسیاب سه غلتکی وجود دارد. تفاله خروجی از آسیاب آخر باگاس[8] نامیده می‏شود که حدود 2 تا 3 درصد قند دارد. شربت خروجی پس از عبور از صافی‏ها به قسمت خام کارخانه فرستاده می‏شود. در مرحله تصفیه شربت[9]عصاره نیشکر تیره رنگ و اسیدی می‏باشد و علاوه بر آن دارای مقدار زیادی ذرات نی و ذرات ریز خاک بوده که بهترین روش صاف کردن شربت استفاده از حرارت و افزودن آهک می‏باشد به این طریق اسیدهای آلی موجود در شربت خنثی شده و لخته‏هایی به‏وجود می‏آید. این مواد معلق در کلاریفایرها رسوب می‏کنند. این رسوبات گل نامیده می‏شوند که شربت صاف شده به دستگاه‏های تبخیر فرستاده می‏شود. در فیلترهای خلاء[10] رسوبات حاصله از دستگاه‏های ته‏نشین کننده به فیلترهای خلاء فرستاده شده که در آنجا توسط نازل‏های مخصوص به روی لایه گل اسپری شده و تحت تاثیر خلاء در ضمن عبور از گل ذرات قندی را با خود حمل می‏کند. در مرحله تبخیر[11]، شربت حاصله از ته‏نشین کننده‏ها[12]مخلوطی از ساکارز، آب، گلوکز و مواد معدنی و آلی بوده که در حین ته‏نشین شدن از بین نرفته‏اند. برای اینکه ساکارز را بتوان متبلور کرد بایستی آب‏های اضافی شربت خارج می‏شوند و در این مرحله شربت غلیظی به نام سیروپ[13] تولید می‏شود. در مرحله تبلور[14] ساکارز به‏وسیله روش بلورسازی در دستگاه‏های طبخ شکر، تبلور می‏شود که هدف از طبخ شربت کسب حداکثر ساکارز از سیروپ به صورت دانه‏های بلور با شرایط معینی می‏باشد. در این مرحله سه مرحله پخت انجام شده که پخت هر مرحله پس از عبور از دستگاه گریزازمرکز[15]دانه‏های شکر آن از ملاس جدا می‏شود. ملاس باقی مانده حاوی 15 الی 20 درصد قند بوده و شکر بدست آمده زرد رنگ می‏باشد و در آخرین مرحله یعنی تصفیه شکر جهت از بین بردن رنگ زرد شکر در این مرحله مجددا حل شده، طباخی و آهک‏زنی شده و سپس SO2 و کربن اکتیو اضافه شده و کریستالیزه و سانتریفیوژ می‏گردد (رضایی، 1387).

نمودار 1-1 فرایند تولید شکر در کارخانه استحصال شکر را نشان می‏دهد.

[1]. Energy

[2]. Hatrili

[3]. Vangard

[4]. Hilling up

[5]. Herbigation

[6]. Dose

[7]. Extraction

[8]. Bagas

[9]. Clarification

فصل اول

مقدمه و سوابق تحقیقی

 

• مقدمه

باتوجه به گسترش روز افزون جمعیت که با رشد صنعتی همراه است، مشکلات و معضلات بسیاری زندگی بشر را تحت تأثیر قرار داده است. از جمله این مشکلات می‌توان به تولید مقدار زیاد فاضلاب اشاره کرد که در گذشته این فاضلاب‌ها از طریق طبیعت قابل جذب بودند اما با افزایش جمعیت و متناسب با آن افزایش فاضلاب‌های مختلف (شهری و صنعتی)، جذب مقدار بسیار زیاد فاضلاب از طریق طبیعت امکان‌پذیر نمی‌باشد. همچنین باید در نظر گرفت که ایران در مناطق خشک و نیمه‌ خشک واقع شده است و باتوجه به محدودیت منابع آب، جهت استفاده پایدار از منابع آب، شناسایی و استفاده از روش‌هایی توصیه می‌شود که می‌توان به منابع آب پایدار دست یافت. به این ترتیب لزوم استفاده مجدد از فاضلاب و پساب مشخص می‌شود. استفاده مجدد از آب پساب یکی از منابع پایدار آب بوده که حتی با وقوع خشکسالی نیز، می‌توان روی این منبع آب حساب ویژه‌ای باز کرد. البته در فرایند توسعه نمی‌توان انتظار داشت که بدون هیچ تغییری در محیط زیست، رشد صنعتی و اقتصادی صورت گیرد و کسی هم به دنبال چنین امر محالی نیست اما رعایت اصول توسعه پایدار و حفاظت از محیط زیست امری اجتناب ناپذیر است .

دلایل ذکر شده سبب شده است که در کشورهای در حال توسعه و توسعه‌یافته، تصفیه فاضلاب و پساب مورد توجه قرار گیرد.

اگر منابع آب به گونه‌ای که تا کنون معرفی شده‌اند در نظر گرفته شوند، باید گفت که منابع آب محدود بوده و روز به روز کاهش می‌یابند؛ اما امروزه منابع آبی معرفی شده‌اند که با منابع آب گذشته متفاوت هستند. منابعی جدید که نه تنها سبب کاهش منابع آب محدود نمی‌شوند، بلکه سبب حفاظت و ذخیره بیشتر آن منایع می‌گردند. شیرین‌سازی آب دریا و تصفیه فاضلاب و پساب از جمله این منابع می‌باشند. منابعی که حتی در خشکسالی‌ها نیز مقدار آن‌ ها کاهش چندانی نخواهد داشت و علاوه بر رفع مشکلات کم‌آبی می‌توانند سبب حفاظت از محیط زیست نیز بشوند [48].

برای تصفیه فاضلاب و پساب روش‌های بسیاری وجود دارد که هر کدام به نوبه‌ی خود مزایا و معایبی دارند که متناسب با نیاز می‌توان روش مناسب را انتخاب کرد. برای مثال روش شیمیایی برای تصفیه فاضلاب صنعت نفت و گاز بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد و روش بیولوژیک برای فاضلاب بهداشتی و صنایعی چون مواد غذایی.

اخیراً گرایش بسیار زیادی به فناوری نانو در کلیه رشته‌ها شده است و رشته‌ مهندسی آب نیز از این امر مستثنا نمی‌باشد. شاید دلیل این امر آن باشد که فناوری‌های نانو گامی بلند برای دستیابی به توسعه‌ی پایدار می‌باشند و یک فاصله‌ی قابل توجه با روش‌های قبلی ایجاد کرده‌اند. نانوفیلترها قابلیت‌های زیادی دارند که این امر سبب استفاده از آن‌ ها در مراحل تصفیه می‌گردد. از مزایای نانوفیلترها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد :

– هزینه کارگری کم‌تر

– توانایی کاهش TDS

– قابلیت کاهش مواد ارگانیک شیمیایی

– امکان کاهش فلزات سنگین

– توانایی نرم کردن آب سخت

– امکان هوشمندسازی فیلترها برای حذف ترکیبات خاص و کاربردهای خاص

– قابلیت تنظیم فیلترها جهت بازیافت و جذب طبیعی بعد از استفاده

– قابلیت حذف آلودگی متناسب با نیاز

– توانایی تصفیه آب تا حد آب مقطر

 

از معایب این فیلترها می‌توان به هزینه‌ی اولیه زیاد و نیاز به نیروی کار ماهر جهت استفاده اشاره کرد. همچنین نیاز به صرف انرژی زیاد برای عبور دادن آب از فیلترها نیز از معایب و مشکلات استفاده از فیلترهای نانو می‌باشد.

عده‌ی زیادی معتقدند که جنگ جهانی سوم بر سر آب خواهد بود. در چنین شرایطی و با توجه به اهمیت بسیار بالای آب، در اختیار داشتن منابع آب بیشتر برای هر کشوری به یک اولویت تبدیل می‌شود. با این تفاسیر داشتن یک منبع نامحدود آب می‌تواند مشکلات آبی هر دولتی را بر طرف سازد و آن‌ ها را به یک قدرت استراتژیک تبدیل نماید [3].

امروزه بیشترین مصرف آب در بخش کشاورزی است (حدود 60 تا 95 درصد که در کشورهای مختلف متفاوت است). مصارف صنعتی پس از کشاورزی بیشترین مصرف آب را به خود اختصاص داده‌اند (بین 3 تا 35 درصد که این مقدار در کشورهای توسعه‌یافته و صنعتی بیشترین مقدار و در کشورهای توسعه نیافته، کم‌ترین مقدار است). مصارف شهری و شرب نیز در عمده‌ی کشورها کم‌ترین درصد مصرف آب را به خود اختصاص می‌دهند. به طور معمول هرچه آب بیشتری در یک بخش مصرف شود، میزان فاضلاب و پساب تولیدی نیز بیشتر می‌شود.

هرچند که بیشترین مصرف آب در بخش کشاورزی است، اما نمی‌توان مقدار آب مصرفی در بخش‌های صنعتی را نادیده گرفت. همچنین فاضلاب تولیدی در بخش صنعتی و شهری نیز مقدار زیادی را به خود اختصاص می‌دهند. به همین دلیل تصفیه پساب صنعتی و استفاده مجدد از آن نیز از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است [7].

 

• منابع آب

منابع آب در اصطلاح ذخیره‌های آبی هستند که مفید یا ظرفیت مفید بودن برای انسان‌ها دارند. مصارف آب شامل فعالیت‌های کشاورزی، صنایع، خانگی و محیط زیست می‌باشد. هرچند که حدود سه چهارم سطح کره زمین از آب پوشیده شده است اما 7/96 درصد کل آب‌های کره زمین شور و مابقی آن (3/3 درصد) شیرین هستند. همچنین بیش از دو سوم آب‌های شیرین در یخچال‌های طبیعی و قطب‌های شمال و جنوب زمین قرار دارند که در دسترس نمی‌باشند. منبع آب شیرین، آب در گردش زمین است که به تدریج در حال کاهش می‌باشد. مقدار تقاضای آب از میزان تأمین آن در مناطق زیادی از کره زمین که نرخ رشد جمعیت بالایی دارند فراتر رفته‌است. تا کنون روند کمبود منابع آب شیرین در دسترس بشر ادامه داشته است و به احتمال زیاد همچنان ادامه خواهد داشت.

در گذشته منابع آب شیرین به دو دسته یعنی آب‌های سطحی و آب‌های زیرزمینی تقسیم می‌شدند. آب جاری در رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و تالاب‌ها، آب سطحی گفته می‌شود. آب سطحی به طور طبیعی از طریق بارش (برف و باران) تأمین می‌شود و با ورود به دریاها یا تبخیر و یا نفوذ عمقی به سفره‌های آب زیرزمینی از چرخه دسترسی خارج می‌شوند. آب زیرزمینی نیز به آب‌های شیرینی که در خلل و فرج خاک و صخره‌ها موجود است، گفته می‌شود. همچنین آبی که در لایه‌های آبدار (سفره‌های آب زیرزمینی) زیر سطح ایستابی می‌باشد را نیز شامل می‌شود [34].

در اصل در گذشته نگاه جوامع تنها به منابع محدود آب بوده است و حرفی از منابع نامحدود آب به میان نیامده است. این در حالی است که امروزه منابع آب به دو دسته‌ی محدود و نامحدود تقسیم می‌شوند و در بین منابع آب شیرین، آب‌های نامتعارف از جمله شیرین‌سازی آب شور، لب‌شور و آب دریا، تصفیه فاضلاب و پساب و سایر آب‌های نامتعارف نیز دارای جایگاه خاص خود می‌باشند و از اهمیت بالایی برخوردارند.

هرچند که شاید دسترسی به یک منبع آب کاملاً نامحدود غیرقابل تصور باشد اما شیرین‌سازی آب و تصفیه فاضلاب و پساب می‌تواند بشر را به منبع آبی تقریباً نامحدود برساند. همچنین کاهش شدید منابع آب شیرین در سال‌های اخیر سبب می‌شود که یافتن و استفاده از منابع نامحدود آب در اولویت هر دولتی قرار گیرد [40].

 

• آلاینده‌های آب

آب هرگز به طور خالص در هیچ کجای طبیعت یافت نمی‌شود. حتی آب بارانی که در مناطق غیر آلوده نواحی جغرافیایی به زمین می‌بارد، شامل گازهای O2، CO2 و N2 محلول در آن است و همچنین گرد و غبار یا ذرات معلق در اتمسفر به صورت تعلیق در آب حمل می‌شوند. آب چشمه‌ها نیز معمولاً دارای ترکیباتی حمل شده از فلزاتی مثل Fe، Mg، Ca و Na است.

بر طبق یک تعریف، هر ماده و جسمی که مانع استفاده طبیعی از آب شود، آلوده کننده آب تلقی می‌شود.

اکنون در جهان بیش از 500 کیلومترمکعب آب در رابطه با صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد که نصف آن پس از تصفیه پساب‌های صنعتی مجدداً استفاده می‌شود (البته بر طبق محاسبات سازمان ملل یک سوم آب‌های شیرین جهان آلوده‌اند).

هیچ تعریف خاصی برای پاک یا آلوده بودن مطلق آب وجود ندارد. در واقع آب پاک بنا به کاربرد آن بایستی دارای شرایط خاصی باشد. مثلاً برای مصارف کشاورزی یا صنعت نیازمند استانداردهای کیفیت خاص خود است [12].

معمولاً آبی را آلوده می‌گویند که مقدار اکسیژن محلول در آن از مقداری که برای زندگی آبزیان ضروری است کم‌تر باشد. هرگاه مواد آلی از طریق تخلیه فاضلاب به آب‌ها وارد شوند به علت خاصیت اکسیدشوندگی شدید این مواد که با مصرف اکسیژن محلول در آب صورت می‌گیرد، اکسیژن محلول در آب به صفر می‌رسد و می‌گویند آب به شدت آلوده است.

کیفیت آب عامل تعیین کننده‌ای برای آسایش و رفاه انسان‌ها است. اکنون در جوامعی که آب‌های آلوده به باکتری‌ها و مواد شیمیایی وجود دارد شیوع بیماری‌ها امری اجتناب‌ناپذیر است و بسیاری از مرگ و میرها ناشی از آلودگی آب می‌باشد. با وجود تصفیه آب آشامیدنی در شهرها هنوز هم بعضی از منابع آب شهری در برخی نقاط حاوی مقادیر خطرناکی از عوامل بالقوه بیماری‌زا هستند. ترکیبات شیمیاییی و سمی در اندازه‌های کم به هیچ وجه در آب آشامیدنی قابل مشاهده نبوده و بدون انجام آزمایش‌ها ویژه به راحتی نمی‌توان در خصوص کیفیت آبی اظهار نظر کرد.

در جوامع صنعتی سرچشمه‌های گوناگونی برای وارد شدن آلودگی‌های شیمیایی به درون آب وجود دارد، فضولات حاصل از صنایع شیمیایی و آبکاری و عبور از میان زمین‌های کشاورزی سمپاشی‌شده، منابع جدی آلودگی شیمیایی آب هستند.

در حال حاضر مواد سمی که توسط آب منتقل می‌شوند مهم‌ترین عوامل زیان‌بار موجود در آب‌های آشامیدنی هستند [12].

گروه‌های عمده آلاینده آب عبارتند از مواد آلی و معدنی، عوامل بیماری‌زا، نمک‌ها، آلودگی‌های حرارتی، عناصر کمیاب نظیر فلزات سنگین، آفت‌کش‌ها و ترکیبات سمی که در این میان مهم‌ترین آلودگی در فاضلاب انسانی وجود مواد آلی و عناصر غذایی محلول در آب از جمله کربن، نیتروژن و فسفر است. آب، زمانی آلوده به مواد غذایی است که غلظت آن‌ ها در آب برای تشدید رشد گیاهان آبزی به حد کافی بالا باشد.

با تشدید رشد جلبک‌ها در آب از کیفیت آن برای مصارفی همچون شنا، قایقرانی، تأمین آب شرب کاسته می‌شود. به علاوه محیط آبی مذکور به عنوان یک سیستم زیستی برای سایر موجودات زنده آبزی نامساعد می‌گردد .

غنی شدن آب از عناصر غذایی باعث تشدید رشد جلبک‌ها می‌گردد که این جلبک‌ها در نهایت تجزیه شده و باعث مصرف اکسیژن محلول و کاهش آن می‌گردد. این امر باعث مرگ برخی آبزیان، ایجاد شرایط بی‌هوازی و تولید گازهای نامطبوع نظیر H2S و CH4، رشد حشرات مزاحم و همچنین باعث پدیده اوتریفیکاسیون می‌گردد [51].

آلاینده‌های نفتی نیز از آلاینده‌های مهم آب در مناطق نفت‌خیز می‌باشند. سالانه مقدار زیادی نفت خام در جهان استخراج می‌شود که تولید، توزیع و استفاده از یک چنین مقدار زیادی نفت پیامدهای زیست‌محیطی زیادی دارد. آلودگی نفتی باعث می‌شود خاصیت هیدروفوبی پرندگان به شدت کاهش یابد. البته آلودگی‌های نفتی، مشکلات و مضرات دیگری نیز به همراه دارند.